Держатель трубы для удаления воздуха в турбомашине - RU2648809C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение касается держателя трубы для удаления насыщенного маслом воздуха из турбомашины.

Турбомашина, такая как турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель, классически содержит с входа на выход по направлению потока газов вентилятор, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления, турбину низкого давления и сопло выхлопных газов. Каждой компрессорной ступени соответствует турбинная ступень, связанные между собой валом для образования каскада, в частности каскада низкого давления и каскада высокого давления.

Вал каскада низкого давления может быть полым и содержать трубу, часто называемую «Center Vent Tube» «CVT». Эта труба содержит подвижную во вращении расположенную выше по потоку часть, продолженную неподвижной расположенной ниже по потоку частью, и обеспечивает удаление насыщенного маслом воздуха, появляющегося в некоторых объемах турбомашины.

Расположенная ниже по потоку часть этой трубы проходит через реактивное сопло, с которым она связана держателем, включающим внутреннюю кольцевую часть общего Ω-образного сечения, окружающую трубу, и коническую часть, закрепленную на реактивном сопле и на внутренней кольцевой части. Коническая часть содержит отверстия для прохода охлаждающего воздуха, проходящего через реактивное сопло. Кроме того, коническая часть держателя закреплена на внутренней кольцевой части с помощью болтов.

Такой держатель обладает следующими недостатками.

Прежде всего, зона опоры трубы на держателе смещена по оси от зоны крепления держателя на реактивном сопле, что значительно уменьшает жесткость держателя. Эта жесткость также уменьшается вследствие наличия отверстий для прохода охлаждающего воздуха.

Реактивное сопло подвергается воздействию температур, заключенных между 650°С и 680°С, тогда как может находиться при температуре от 450°С до 480°С. Такой значительный перепад температур (240°С) вызывает явления теплового расширения, напряжений и перемещений, которые держатель должен поглощать при сохранении своей жесткости.

Чтобы добиться такого компромисса, существующий держатель является относительно тяжелым, что увеличивает общую массу турбомашины, и, кроме того, является дорогим.

Целью изобретения является простое, эффективное и экономичное решение этой проблемы.

Для этого в изобретении предлагается держатель, предназначенный для удержания трубы для удаления насыщенного маслом воздуха из турбомашины, содержащий радиально внутреннюю кольцевую часть, предназначенную для установки вокруг упомянутой трубы, отличающийся тем, что он содержит ребра, простирающиеся наружу и в радиальной плоскости от кольцевой части, образуя угол с радиальным направлением, при этом ребра содержат зоны крепления на их наружной периферии, причем упомянутые зоны крепления наклонены в осевом направлении держателя для обеспечения возможности их крепления к реактивному соплу турбомашины.

Таким образом, опорная зона трубы на держателе расположена аксиально под прямым углом к зоне крепления держателя на реактивном сопле, что придает держателю хорошую жесткость. То, что ребра наклонены относительно радиального направления, позволяет, кроме того, иметь возможность подходящим образом выдерживать явления теплового расширения при работе. Наконец, такой держатель является относительно легким, позволяет осуществить проход охлаждающего воздуха в реактивное сопло и является недорогим. При сравнении такой держатель примерно в десять раза легче существующего держателя.

В соответствии с признаками изобретения зоны крепления имеют, каждая, форму части конуса.

Кроме того, каждое ребро может содержать среднюю зону, содержащую первый конец, соединенный с внутренней зоной крепления, предназначенной для крепления на внутренней кольцевой части держателя, и второй конец, соединенный с наружной зоной крепления, предназначенной для крепления к реактивному соплу, при этом средняя зона простирается в плоскости, образующей непрямой угол относительно касательной к кольцевой части, проходящей через первый конец.

Такое отличие позволяет держателю хорошо выдерживать воздействие тепловых расширений.

Каждая средняя зона может простираться в плоскости, параллельной оси внутренней кольцевой части.

Средние зоны, таким образом, создают малое сопротивление потоку воздуха, проходящего через реактивное сопло.

Кроме того, каждая внутренняя зона крепления имеет форму, дополняющую форму внутренней кольцевой части.

Внутренние зоны ребер могут быть закреплены пайкой, например, во внутренней кольцевой зоне.

Предпочтительно ребра и внутренняя кольцевая часть выполнены из суперсплава на основе никеля, например из INCONEL 625 или из INCONEL 718.

Предпочтительно длина внутренней кольцевой части меньше или равна 0,4 от своего внутреннего диаметра.

Таким образом, внутренняя кольцевая часть представляет собой короткую направляющую, образующую, некоторым образом, шаровое соединение между трубой и держателем.

Например, количество ребер может быть заключено между 3 и 10.

Изобретение касается также узла турбомашины, содержащего трубу для удаления насыщенного маслом воздуха, при этом упомянутая труба содержит подвижную во вращении расположенную выше по потоку часть и неподвижную расположенную ниже по потоку часть, причем упомянутая расположенная ниже по потоку часть проходит через реактивное сопло и простирается по оси упомянутого реактивного сопла, при этом упомянутая расположенная ниже по потоку часть окружена внутренней кольцевой частью упомянутого держателя таким образом, что упомянутая расположенная ниже по потоку часть установлена в осевом направлении свободной во вращении и в перемещении в упомянутой внутренней кольцевой части, а наклонные зоны крепления держателя дополнительно закреплены на реактивном сопле.

Изобретение касается, наконец, турбомашины, отличающейся тем, что она содержит упомянутый выше узел.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг. 1 изображает вид в перспективе и в осевом разрезе части существующей турбомашины,

- фиг. 2 изображает в осевом разрезе вид монтажа существующего держателя между реактивным соплом и трубой для удаления насыщенного маслом воздуха,

- фиг. 3 изображает вид в перспективе с частичным вырезом монтажа по фиг. 2,

- фиг. 4 изображает вид в перспективе держателя по изобретению,

- фиг. 5 изображает вид в перспективе ребра держателя по изобретению,

- фиг. 6 изображает вид в перспективе кольцевой части держателя по изобретению,

- фиг. 7 изображает детальный вид, иллюстрирующий размещение ребра на упомянутой кольцевой части,

- фиг. 8 изображает вид в перспективе с частичным вырезом части турбомашины по изобретению.

Расположенная ниже по потоку часть существующей турбомашины представлена на фиг. 1 и содержит реактивное сопло 1, установленное на выходе выхлопного кожуха 2, закрепленного на выходе турбины низкого давления (не изображенной на чертеже). Реактивное сопло 1 содержит осевое отверстие 3 на расположенном ниже по потоку конце.

Турбомашина содержит также трубу 4, часто называемую «Center Vent Tube» или «CVT», которая включает подвижную во вращении расположенную выше по потоку часть (не изображенную), продолженную неподвижной расположенной ниже по потоку частью 4а, которая обеспечивает удаление насыщенного маслом воздуха, находящейся в определенных частях турбомашины.

Расположенная ниже по потоку часть 4а этой трубы 4 проходит через реактивное сопло 1 и открывается на выходе последнего через отверстие 3. Упомянутая расположенная ниже по потоку часть 4а связана с реактивным соплом 1 держателем 5. Последний изображен на фиг. 2 и 3 и содержит внутреннюю кольцевую часть 6 общего Ω-образного сечения, охватывающую трубу 4, и коническую часть 7, скрепленную с реактивным соплом 1 и с внутренней кольцевой частью 6. Коническая часть 7 содержит отверстия 8 для прохода дебита воздуха охлаждения, проходящего по реактивному соплу 1. Кроме того, коническая часть 7 держателя 5 закреплена на кольцевой внутренней части 6 с помощью болтов, не изображенных на чертеже.

Как ранее указывалось, опорная зона 9 трубы 4 на держателе 5 смещена по оси от зоны крепления 10 держателя 5 на реактивном сопле 1, что значительно снижает жесткость держателя 5. Эта жесткость уменьшается также из-за наличия отверстий 8, обеспечивающих проход дебита воздуха охлаждения. Кроме того, такой держатель является относительно тяжелым, что увеличивает общую массу турбомашины и, кроме того, стоимость.

Для устранения этих недостатков в изобретении предлагается соединить расположенную ниже по потоку часть 4а трубы 4 с реактивным соплом 5 держателем 5, изображенным на фиг.4 - 8. Этот держатель содержит кольцевую цилиндрическую радиально внутреннюю часть 6, предназначенную для установки вокруг упомянутой трубы 4, и ребра 11, простирающиеся наружу и в радиальной плоскости от кольцевой части 6, образуя угол α с радиальным направлением. Количество ребер 11 заключено, например, между 3 и 10.

Каждое ребро 11 содержит среднюю зону 12, включающую первый конец 13, связанный с внутренней зоной 14 крепления, предназначенной для осевого крепления посредине внутренней кольцевой части 6 держателя 5, и второй конец 15, связанный с внешней зоной 16 крепления, предназначенной для соединения с реактивным соплом 1, например, болтами, заклепками или припайкой. Средняя зона 12 расположена в плоскости, образующей непрямой угол относительно касательной к кольцевой части 6, проходящей через первый конец 13. Кроме того, каждая средняя зона 12 расположена в плоскости, параллельной оси А кольцевой внутренней части 6.

Кроме того, внешняя зона 16 крепления имеет форму части конуса, дополняющую внутреннюю поверхность реактивного сопла 1, внутренняя зона крепления 14 имеет форму, дополняющую форму кольцевой внутренней части 6.

Кольцевая часть 6 может также содержать скошенные кромки, обращенные радиально внутрь на уровне ее концов для того, чтобы не повреждать трубу 4 при установке держателя 5.

Предпочтительно ребра 11 и внутренняя кольцевая часть 6 выполнены из суперсплава на основе никеля, например из INCONEL 625 (NiCr22Mo9Nb) или INCONEL 718, а внутренние зоны 14 крепления ребер 11 припаяны к внутренней кольцевой части 6. Кроме того, длина внутренней кольцевой части 6 меньше или равна 0,4 от ее внутреннего диаметра. Таким образом, внутренняя кольцевая часть является короткой направляющей, образующей, в определенной мере, шарнирную связь между трубой 4 и держателем 5. Труба 4 также установлена свободной во вращении и в осевом перемещении во внутренней кольцевой части 6. Эти разные степени свободы позволяют, в частности, компенсировать возможные деформации при работе, вызванные, например, механическими и тепловыми напряжениями.

Отмечается, что в держателе 5 по изобретению зона удержания трубы 4 в держателе 5 расположена аксиально справа от зоны крепления держателя 5 на реактивном сопле, что обеспечивает держателю 5 хорошую жесткость. То, что ребра 11 наклонены относительно радиального направления, позволяет, кроме того, подходящим образом выдерживать явления теплового расширения, могущие проявляться при работе. Наконец, такой держатель 5 является относительно легким, обеспечивает пропускание охлаждающего воздуха в реактивное сопло 1 и является недорогим. При сравнении такой держатель 5 примерно в десять раз легче, чем существующий держатель, изображенный на фиг. 2 и 3.

Реферат

Изобретение относится к держателю трубы для удаления насыщенного маслом воздуха из турбомашины. Держатель (5), предназначенный для удержания трубы для удаления насыщенного маслом воздуха из турбомашины, содержащий радиально внутреннюю кольцевую часть (6), предназначенную для установки вокруг упомянутой трубы, и ребра (11), простирающиеся наружу в радиальной плоскости от кольцевой части (6), образуя угол (α) с радиальным направлением. Ребра (11) содержат зоны крепления (16) к наружной периферии, наклонные в осевом направлении (А) держателя (5) для обеспечения возможности их крепления к реактивному соплу турбомашины. Также представлены турбомашина и её узел. Изобретение позволяет увеличить жесткость держателя без утяжеления его конструкции. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула